1、風(fēng)電大規(guī)模脫網(wǎng)問題不容忽視

　　隨著9個千萬千瓦風(fēng)電基地的建設(shè), 中國在2013年就已經(jīng)成為世界上風(fēng)電裝機(jī)容量最大的國家, 預(yù)計(jì)到2015年和2020年, 中國風(fēng)電裝機(jī)容量將分別達(dá)到100 GW和200 GW。然而, 在風(fēng)電并網(wǎng)容量快速增加的同時, 由風(fēng)電并網(wǎng)所帶來的電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題也日益突出。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 僅2011年就發(fā)生了193起風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)事故, 其中損失風(fēng)電出力500 MW以上的脫網(wǎng)事故就達(dá)12起。

　　縱觀這些大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故, 均存在因電網(wǎng)電壓超過了風(fēng)電機(jī)組的最低或者最高工作電壓導(dǎo)致機(jī)組脫網(wǎng)的現(xiàn)象。分析可知, 故障期間風(fēng)電場內(nèi)部匯集系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備不能快速切除故障、風(fēng)電機(jī)組不具備低電壓穿越能力是造成機(jī)組低電壓脫網(wǎng)的主要原因; 風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置的響應(yīng)滯后將導(dǎo)致故障清除后機(jī)端電壓升高, 此外具備低電壓穿越能力的風(fēng)電機(jī)組有可能進(jìn)一步誘發(fā)機(jī)端電壓驟升。

　　以現(xiàn)階段并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的主流機(jī)型雙饋風(fēng)電機(jī)組(DFIG)為例, 由于定子側(cè)繞組與電網(wǎng)直接相連且轉(zhuǎn)子側(cè)變流器容量有限, 電壓驟升對機(jī)組的影響更為嚴(yán)重。機(jī)端電壓升高將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)出高電壓, 當(dāng)轉(zhuǎn)子電壓超過轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制范圍時將造成風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行不受控, 甚至引起變流器內(nèi)部器件擊穿。因此, 機(jī)端電壓驟升將嚴(yán)重影響風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全。

　　2、風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓驟升的原因

　　通過分析現(xiàn)階段已發(fā)生的高電壓脫網(wǎng)事故, 造成故障清除后系統(tǒng)電壓驟升的主要原因可以歸結(jié)為以下2個方面。

　　1) 電網(wǎng)電壓恢復(fù)后, 風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置受到鎖相、電壓判斷以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作時間等因素的影響導(dǎo)致控制響應(yīng)時間過長、未及時動作, 造成系統(tǒng)無功功率過剩;

　　2) 具備低電壓穿越能力的風(fēng)電機(jī)組受到無功電流注入比例系數(shù)以及控制策略響應(yīng)時間的影響, 有可能造成電網(wǎng)電壓恢復(fù)瞬間機(jī)端電壓驟升。

　　圖1為某型號2.5 MW DFIG低電壓穿越現(xiàn)場測試試驗(yàn)結(jié)果。電網(wǎng)電壓變化后該機(jī)組動態(tài)無功控制的響應(yīng)時間約為30～40 ms。此外, 受現(xiàn)行并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的影響, 該型號機(jī)組在機(jī)端電壓低于0.2 pu時不進(jìn)行無功注入即k=0, 故圖 1(a)所示工況下電網(wǎng)電壓恢復(fù)瞬間機(jī)端電壓未發(fā)生過沖。

 

　　3、風(fēng)電高電壓穿越協(xié)調(diào)預(yù)防控制策略

　　由于風(fēng)電高電壓脫網(wǎng)問題的成因復(fù)雜, 涉及多方面, 需采用協(xié)調(diào)預(yù)防控制策略, 以降低此類事故發(fā)生的風(fēng)險。事故主要影響因素以及相關(guān)解決方案如圖2所示。

　　3.1風(fēng)電機(jī)組控制策略

　　合理的故障穿越策略是機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越以及高電壓穿越的關(guān)鍵因素, 但過大的無功電流注入比例系數(shù)或控制響應(yīng)時間都有可能造成恢復(fù)階段電網(wǎng)電壓的驟升。

　　電網(wǎng)電壓異常時, 具有動態(tài)無功控制能力的風(fēng)電機(jī)組需根據(jù)電壓的情況在一定程度上參與系統(tǒng)無功控制, 根據(jù)機(jī)端電壓變化輸出容性無功或者感性無功并且嚴(yán)格限定無功電流注入比例系數(shù)的范圍。

　　針對于不同類型的無功補(bǔ)償設(shè)備, 分別從以下幾個方面對控制策略進(jìn)行改造。

　　1) 固定容量電容器組需根據(jù)電網(wǎng)電壓變化及場內(nèi)機(jī)組脫網(wǎng)情況實(shí)現(xiàn)快速切除;

　　2) 靜止無功補(bǔ)償器(SVC)、靜止無功發(fā)生器(SVG)采用恒電壓控制策略。SVC在限定響應(yīng)時間以及單次投切電容器容量的同時根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)電壓以及場內(nèi)機(jī)組脫網(wǎng)情況實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)及退出。校核SVG無功輸出能力, 增加容性無功輸出, 并提高動態(tài)響應(yīng)速度。

　　3.3風(fēng)電機(jī)組高電壓穿越技術(shù)要求

　　由于風(fēng)電高電壓脫網(wǎng)成因復(fù)雜, 僅通過改變控制策略仍有可能無法避免此類事故的發(fā)生。因此, 主要風(fēng)電發(fā)展國家的電力公司均已經(jīng)頒布了風(fēng)電機(jī)組高電壓穿越的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn), 以增強(qiáng)機(jī)組高電壓情況下的運(yùn)行能力, 降低此類事故發(fā)生的風(fēng)險。中國在此方面尚未頒布相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　4、結(jié)語

　　風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置控制滯后, 具備低電壓穿越能力的風(fēng)電機(jī)組控制響應(yīng)滯后、采用過大的無功電流注入比例系數(shù), 以及機(jī)組高電壓運(yùn)行能力的欠缺是造成現(xiàn)階段故障清除后系統(tǒng)無功過剩、大量機(jī)組脫網(wǎng)的主要原因。協(xié)調(diào)預(yù)防控制策略的主要思想是通過改進(jìn)風(fēng)電場不同類型無功補(bǔ)償裝置的控制策略, 限定具備低電壓穿越能力的風(fēng)電機(jī)組無功電流注入比例系數(shù)、提高響應(yīng)速度并且適時的參與系統(tǒng)無功控制, 以及增強(qiáng)機(jī)組的高電壓運(yùn)行能力以此降低高電壓脫網(wǎng)事故發(fā)生的風(fēng)險。